Зубья зубчатых колес составляют высшую пару IV класса, т.е. представляют собой некоторые поверхности, находящиеся в контакте. Таким образом, профили зубьев – это кривые (а в некоторых случаях прямые) линии.
Рисунок 34
На рисунке 34 показаны два профиля, находящиеся в контакте в точке А. Скорость точки А, принадлежащей первому профилю (V1), перпендикулярна радиусу О1А, соответственно, скорость точки А, принадлежащей второму профилю (V2), перпендикулярна радиусу О2А.
Рассмотрим проекции этих скоростей на общую нормаль (N-N), проведенную к профилям в точке их контакта (С1 – проекция скорости V1 , С2 – проекция скорости V2). Могут получиться различные соотношения между значениями этих проекций:
1) С2 > С1 – точка А, принадлежащая второму профилю (А2), в направлении нормали движется быстрее точки А, принадлежащей первому профилю (А1). Второй профиль «убегает» от первого, в следующий момент произойдет разрыв кинематической пары (нарушится контакт между звеньями);
2) С1 > С2 – точка А1 в направлении нормали движется быстрее точки А2 (положение на рисунке 34 соответствует этому случаю), то есть точка А1 стремится к внедрению во второй профиль. Если вычертить следующее положение механизма, то первый профиль в области точки А будет накладываться на второй.
В теории зацепления это явление носит название «интерференция профилей». В реальном механизме это приведет к заклиниванию или поломке передачи. Очевидно, что оба этих положения недопустимы – и разрыв кинематической пары, и, тем более, заклинивание и поломка делают передачу неработоспособной;
3) С1 = С2 – условие нормальной безотрывной работы профилей.
Из рисунка 34 видно, что ΔAV1C1 подобен ΔO1AB1, и, соответственно, ΔAV2C2подобен ΔO2AB2. Из подобия треугольников можно записать отношение сходственных сторон:
Здесь i12 – передаточное отношение от первого профиля ко второму (это отношение угловой скорости на входе к угловой скорости на выходе).
Из подобия треугольников O1B1W и O2B2W (W – точка пересечения общей нормали N-N с линией центров O1O2) получаем:
VW1 – скорость точки W, связанной с первым профилем,
VW2 – скорость точки W, связанной со вторым профилем.
Эти скорости совпадают не только по величине, но и по направлению (VW1⊥O1W, VW2⊥O2W , т.е. оба вектора перпендикулярны межосевому расстоянию O1O2).
Две точки совпадают по своему положению и имеют одинаковые скорости, то есть их относительная скорость равна нулю (VW1W2=0). Таким образом, точка W является мгновенным центром относительного вращения рассматриваемых профилей.
Исходя из вышеизложенного, можно следующим образом сформулировать условие работоспособности передачи, составленной из двух профилей, входящих высшую кинематическую пару:
- для нормальной безотрывной работы профилей необходимо, чтобы нормаль к этим профилям в точке контакта в любой момент времени проходила через мгновенный центр их относительного вращения.
Это условие носит название основного закона зацепления.
